Яка вигода від “зелених” дисків в RAID масивах?

Введення

Енергозберігаючі жорсткі диски зі зниженою частотою обертання шпинделя (5400 RPM проти 7200 RPM у більшості дисків для настільних ПК), існують вже декілька років, і за цей час встигли обрости своїми міфами, легендами і небилицями. Основні омани якраз стосуються енергозбереження та економії електроенергії, ну і всім, що з цим пов’язано: виробники обіцяють величезну економію на рахунках за електрику, користувачі говорять про низький рівень шуму. Однак, не потрібно мати дві вищі освіти, щоб розуміти, що більш повільні по природі вінчестери приведуть до зниження продуктивності системи в цілому і додатків, що використовують роботу з дисковою підсистемою, причому є думка, що зниження продуктивності може бути багаторазовим.



Звичайний жорсткий диск з типовим енергоспоживанням

І якщо брати за основу не просто швидкість в мегабайтах в секунду і кількість очок в тестах, а реальні завдання, такі як копіювання на диск або зчитування з диска, то для нас більше значення має час, за яке ця задача виконується, а так само витрати електроенергії не просто за секунду часу, а витрати на це завдання: скільки буде коштувати з точки зору показань по лічильнику, резервне копіювання папки з файлами або навпаки, відновлення з бекапа. Звичайно, враховуючи, що різниця в споживаної потужності між звичайним десктопним жорстким диском і енергозберігаючим сьогодні складає 3-4 Вт в кращому випадку, говорити серйозно про економію електроенергії можна тільки в дискових масивах з декількох HDD, і чим більше дисків в масиві, тим відчутніше буде різниця в рахунках за електроенергію, і тим більше різницю в продуктивності ми очікуємо побачити.



Сучасний вінчестер з низьким енергоспоживанням

У цій статті ми вирішили перевірити, яка буде різниця в енерговитратах при використанні енергозберігаючих дисків в NAS-е. Більш того, енергозберігаючим дискам останнього покоління Western Digital Green (WD10EZRX) ми вирішили протиставити HDD тієї ж компанії Western Digital серії Black з підвищеною продуктивністю, версії Raid Edition розраховані на використання в RAID-масивах, де основні вимоги – Надійність і швидкість. Різна швидкість обертання диска, різну кількість пластин і головок, але однаковий обсяг і розмір кеша. Загалом, характеристики «зелених» і «чорних» вінчестерів зведені в наступну таблицю.

Таблиця – характеристики вінчестерів

Жорсткий диск

WD Green

WD10EZRX

WD Black RE4

WD1003FBYX

Обсяг

1 Тб

1 Тб

Об’єм кешу, Мб

64

64

Інтерфейс

SATA 600

SATA 300

Швидкість обертання шпинделя, об / хв

5400

7200

Час доступу, мс

17

12.2

Кількість дисків / головок

1/2

2/4

Енергоспоживання на холостому ходу, Вт

2.1

5,9

Енергоспоживання в режимі пошуку, Вт

3.6

7,9

Ми будемо встановлювати жорсткі диски в NAS NetGear ReadyNAS Pro 4 (RNDP4000-100EUS). Це сучасний 4-дисковий мережний файловий сервер, побудований на процесорі Intel Atom D510 з 1 Гб оперативної пам’яті. На поточний момент це один із самих енергоефективних NAS-ів початкового рівня, з конструкцією, що забезпечує відмінне охолодження дисків одним вентилятором і, при цьому, низький рівень шуму. У нашому тестуванні ці параметри в купе з хорошою швидкістю, дозволять оперувати саме даними самих жорстких дисків, не замислюючись про сервер, в який вони встановлені. Продуктивність пристрою перевищує 100 мегабайт в секунду на запис і читання, що перекриває можливості гігабітного мережевого порту і дозволяє говорити про те, що для конкретної задачі, що виконується хостом на NAS-е, подальше збільшення продуктивності вже недоцільно.

Тим не менш, в NAS-е NetGear ReadyNAS Pro 4 ми збираємо RAID-масив FlexX-RAID, вдосконалений NetGear-івської аналог RAID5, що дозволяє більш ефективно використовувати незайняте місце на жорстких дисках при установці в масив HDD різного об’єму. За аналогією з RAID 5, цей масив використовує перевірку парності і витримує поломку або випадання одного жорсткого диска. Так що умови в нас максимально наближені до реальних. Щоб виключити вплив мережевої інфраструктури, ми будемо підключати NAS безпосередньо до тестового комп’ютера по гігабітного мережевого інтерфейсу, без комутаторів і використовувати Samba протокол.

Тестування

Ми підключали NetGear ReadyNAS Pro4 через прилад для вимірювання споживаної електроенергії, достатньо точний для того, щоб зафіксувати соті частки кіловат-години. Для тестів операцій з диском ми будемо використовувати папку, яка містить 11513 файлів в 593 каталогах загальним обсягом 54.2 Гб. Файли – різнорідні: програми, музика, ISO-образи, документи. Загалом, все те, з чим ми працюємо кожен день. Отже, почнемо з енергоспоживання в режимі простою, коли NAS нічого не робить, але диски ще не пішли в стан Standby, а знаходяться на холостому ходу.

Ну що ж, різниця, як говориться, у наявності, і становить понад 30%. Що означає це в цифрах? 11 Вт різниці – це 96 КВт * год в рік, або 381.9 рублів при тарифі 4.02 рубля за КВт * год В порівнянні з вартістю не те щоб NAS-а, а одного диска – взагалі ніщо! Правда, все це вірно тільки для режиму простою, якщо NAS весь рік стоїть без діла, але його налаштування не дозволяють дискам «засипати».

Перейдемо до тестів на роботу і почнемо з копіювання папки з даними на файловий сервер.

Перше, що здивувало – це однаковий час, витрачений на виконання завдання. Мабуть, накладні витрати NAS-а на обробку протоколу Samba нівелюють різницю за часом доступу між дисками. Взагалі, швидкість записи на RAID 5 у NAS-ов на процесорах Intel Atom може перевищувати позначку в 100 Мб / с, а 1-терабайтні диски легко виходять за 140 Мб / с. Та й при послідовної запису наш 1-пластинчастий «зелений» диск відсотків на 10 швидше чорного з міткою RE4.

Різниця по енергоспоживанню дисків під час роботи складає все ті ж 11-12 Вт, і не варто забувати про внесок самого NAS-а. Що цікаво, цей тест нам дозволяє зрозуміти, чи можна взагалі говорити про енергозбереження масиву в стані простою перед навантаженим. При цілодобової записи на масив ви витратите приблизно на 16-20 рублів на рік більше, ніж на масиві, що знаходиться в стані простою.

Якщо розглядати витрати на виконання завдання копіювання, то тут спостерігається та ж лінійна залежність, а різниця між енергозберігаючим масивом і звичайним становить приблизно ті ж 30%, при тому, що тепер істотною навантаженні піддавався і хост, архівуються дані.

Продовжимо тест запису, на цей раз з використанням архівування програмним пакетом Acronis. Ми запустимо резервне копіювання нашої папки на NAS по протоколу Samba.

У цьому тесті «зелені» жорсткі диски зберегли свої позиції по енергоспоживанню, однак «чорні» збільшили своє енергоспоживання. Так як підсумкове час знову виявилося однаковим, можна припустити, що Acronis більш інтенсивно використовував запис на диск.

За витратами ж на проведення тесту, різниця повторюється, і становить приблизно 30%. Ми не вимірювали, але цілком імовірно, що в такому завданню архівація потягне за собою великі енерговитрати, ніж використання швидких жорстких дисків. Знову ж таки, цей момент залежить і від швидкості мережі, і від продуктивності клієнтської машини.

Підводячи проміжні підсумки, можна сказати наступне: ми бачимо лінійну залежність енергоспоживання у всіх тестах. NAS (його програмна або апаратна частини) не дають розкрити різницю по швидкості між дисками, і можливо – це плюс ефективного використання кешування. У той же час, від енергозберігаючих дисків ми очікували меншого приросту потужності при навантаженні, а від високопродуктивних дисків – Більшого. Подивимося, як зміниться ситуація в додатку читання.

Антивірусний пакет Avast! – Типове додаток, який використовує читання з диска. Мабуть, більш регулярній завдання сьогодні і уявити собі складно.

 

Випадкове читання у WD Caviar Black RE4 більш швидке, ніж у WD Caviar Green, але в реальній задачі це виливається в 20-секундну різницю. Різниця в середній потужності зберігається все тієї ж у процентному співвідношенні, але по числах видно, що NAS витрачає менше ресурсів на обчислення, пов’язані з перевіркою парності в RAID 5, а точніше з його аналогом Flex RAID від NetGear.

Ну і як результат – різниця в енергоспоживанні становить приблизно ті ж 30%.

Результати повторюються, і загальна картина стає зрозумілою. У нашому випадку продуктивність не залежала від частоти обертання дисків у масиві, і при досить швидкої клієнтській машині, показувало приблизно одну і ту ж різницю – третина.

Природно, в нашому випадку були отримані лабораторні результати, на вільній мережі, з швидким клієнтським комп’ютером і NAS-ом, повністю виділеним для обслуговування однієї цієї задачі. Як ми можемо екстраполювати отримані дані в реальний світ? Сучасні NAS-и і жорсткі диски настільки добре використовують алгоритми кешування і черговості команд, що мережевий інтерфейс стає пляшковим горлечком, завдяки якому жорсткі диски знаходяться в напівсонному стані навіть при інтенсивному копіюванні на NAS або з NAS-а, – більшу частину часу кожен диск працює на холостому ходу, його головки не рухаються і споживається мінімум енергії. І навіть одночасні потоки команд запису і читання, як буває при роботі з віртуальним чином з NAS-а, не сильно змінюють стан речей. Зовсім інша справа, якщо ви будете створювати навантаження на NAS всередині самого ж NAS-а, тобто без виходу на інший пристрій через мережевий інтерфейс, USB або SATA. Таким навантаженням може стати резервне копіювання папки всередині одного тому на NAS-е, наприклад в закриту від загального доступу директорію. Такий бекап може врятувати від вірусу або невмілих дій користувача, але не врятує від падіння RAID-масиву або апаратного збою, тому і використовується досить рідко. Все ж користувачі або цілком довіряють NAS-у, або бекап дані в хмару, на зовнішній жорсткий диск, інший NAS або на стрічку. Так само подібну завантаження може створити індексація бази, наприклад, мультимедіа файлів або якийсь таблиці БД. Простіше кажучи, щоб побачити суттєву різницю в енергоспоживанні між вінчестерами, треба дуже сильно постаратися.

Ціна питання

Ми говоримо про економію, але яка вона насправді? У найважчому тесті – архівуванні на NAS, енергоспоживання NetGear ReadyNAS Ultra 4 Plus з дисками WD Black RE4 склало 54.3 Вт Якщо NAS буде працювати в такому режимі цілодобово, він намотає лічильник на 475.6 КВт * год за рік. В аналогічному випадку, масив з дисками WD Green складе 307 КВт * год за рік. У першому випадку при тарифі 4.02 руб / кВтг вартість енергоспоживання складе 1911.9 руб, у другому – 1234.14 руб. Різниця – цілих 677.7 рублів.

Провівши аналогічні розрахунки для стану простою ми отримаємо витрати в 1619 руб і 1232 руб відповідно, а різницю – у 386 карбованців. Приблизно між цими двома числами і буде знаходитися вигода від використання енергозберігаючих дисків.

Вартість 4-х дисків WD10EZRX складе 10300 рублів, а той же набір WD1003FBYX – 13224 рубля, за NAS NetGear ReadyNAS Ultra4 доведеться заплатити приблизно 21500 рублів. Можна сказати, що «зелені» диски більш вигідні на етапі покупки, але в процесі експлуатації вони дозволять заощадити від 1 до 2.5 відсотків на рік на енергоспоживанні системи в цілому. Як звичайно, наскільки істотна така економія, кожен вирішує для себе сам.

Висновки

Всупереч нашим очікуванням, різниця в продуктивності між енергозберігаючими і високопродуктивними HDD, запросто може бути з’їдена накладними витратами на обслуговування RAID-масиву, операційної системи, протоколу передачі даних і архітектури самого NAS-а. У цьому випадку, енергозберігаючі диски дозволяють дійсно заощадити до 30% електроенергії, і чим більше дисків в масиві, тим більше буде помітна різниця на лічильнику і в рахунках.

Однак, у всіх випадках різниця в енергоспоживанні буде непомітна на вартості самого сховища з дисками, і чим більше дисків в масиві, чим сильніше буде економія на їх енергоспоживанні, тим менше вона буде помітна на тлі вартості самого сховища.

Нагрівання жорсткого диска, можна так само не брати до уваги, так як сучасні NAS-и мають надлишкову систему охолодження, яка не допустить перегріву вінчестерів, а підсумкова температура носія залежить не від його конструкції, а від потужності вентиляторів і їх налаштування в NAS-е.

Що ж стосується рівня шуму, то тут однозначно вибір на користь більш тихих WD10EZRX.

Офіційний сайт Netgear – www.netgear.ru

Офіційний сайт Western Digital – www.wdc.com/ru/

LIKE OFF

Схожі статті:


Сподобалася стаття? Ви можете залишити відгук або підписатися на RSS , щоб автоматично отримувати інформацію про нові статтях.

Коментарів поки що немає.

Ваш отзыв

Поділ на параграфи відбувається автоматично, адреса електронної пошти ніколи не буде опублікований, допустимий HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

*

*